4 月 27 日消息，中國科學技術大學科研人員經過多年研究，設計了一類新型離子傳導膜從，從而實現微孔框架離子膜內近似無摩擦的離子傳導。這種離子膜有望廣泛應用于能源轉化、大規模儲能以及分布式發電等領域。

據悉，該研究成果已于北京時間 4 月 26 日在國際學術期刊《自然》進行發表。

多年來，高效儲存和利用太陽能、風能等新能源是我國科研人員的重要研發課題。央視指出，這種國產離子膜的問世將打破國外同類型產品多年的技術壟斷。

中國科學家設計出新型離子膜一舉打破國外多年壟斷，為“雙碳”提供技術支撐

離子膜是水電解槽、燃料電池、氧化還原液流電池和離子捕獲電滲析等相關過程的關鍵部件。中國科學技術大學徐銅文 / 楊正金教授團隊與合作者針對離子膜普遍存在的“傳導性-選擇性”相互制約關系，提出一類新型三嗪(IT之家備注讀音：qín)框架聚合物離子膜。

基于剛性通道的限域效應和通道內的“離子配位”機制，這類膜材料展示出了近無摩擦的離子傳遞，實現了水系有機液流電池快充，電池充放電電流密度達到 500 mA / cm2，是當前普遍報道值的 5 倍以上。

中國科學家設計出新型離子膜一舉打破國外多年壟斷，為“雙碳”提供技術支撐

研究團隊經過長期研究積累和大量實驗探索，設計了一類新型的“微孔框架聚合物離子膜”，提出了剛性微孔通道內“離子配位”機制(圖 1d)，實現膜內近似無摩擦的離子傳導和水系有機液流電池的快充。關鍵創新成果包括：

1.利用有機溶膠凝膠反應，一鍋法制備了系列含疏水框架和親水功能側鏈的自支撐微孔框架離子膜(圖 1e，1f)，實現了膜吸水后保持疏水框架主體結構尺寸穩定，避免了離子膜吸水對微觀上離子通道尺寸和膜宏觀機械強度的不利影響，為離子傳遞提供了剛性微孔限域環境。結果表明，該膜具備優異的抗老化和耐溶脹性能(圖 2a-2d)，膜的吸水溶脹率僅有 3.1%(圖 2d)，在較低的吸水率下能實現高效離子傳遞(圖 2e)。

2.提出剛性微孔通道內“離子配位”機制。該研究團隊在微孔框架離子膜中引入荷電基團和多種可以和離子發生弱相互作用的功能基團，利用靜電作用、離子-偶極作用等相互協同，降低離子在膜內傳遞能壘(圖 3a)。固體核磁共振和 PFG-NMR 測試(圖 3b-3f)表明：Na + 在膜內的自擴散系數達到 1.18×10-5cm2 / s，接近水溶液中 Na + 擴散系數(1.28×10-5cm2 / s)和無限稀釋 Na + 擴散系數(1.33×10-5cm2 / s)。

3.以微孔框架離子膜為隔膜組裝的水系有機液流電池(蒽醌 / 鐵氰化鉀體系，圖 4a)，膜面電阻僅為 0.17 Ω?cm2(圖 4b)。該電池具備優異的倍率性能(圖 4c)，其充放電電流密度可高達 500 mA cm-2(當前文獻報道均普遍≤100 mA cm-2)，且在高電流密度下循環充放電中保持穩定(圖 4d)。該膜實現了水系有機液流電池快充，在不同電流密度下的電池的能量效率和容量利用率均顯著高于文獻報道值(圖 4e，4f)。研究者也拓展了該研究成果，實現了中性體系液流電池的快充。

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